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潮解により創成される水圏ナノ周期構造の光配向制御法の開発

公募研究

研究領域水圏機能材料:環境に調和・応答するマテリアル構築学の創成
研究課題/領域番号 20H05217
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関名古屋大学

研究代表者

原 光生  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10631971)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード湿度応答 / ポリシロキサン / 接着 / 堅硬性 / 自己集合 / イオン架橋 / 光配向 / 吸湿性ブロック共重合体 / リオトロピック液晶 / 自己組織化 / 吸湿 / 潮解 / ブロック共重合体 / アゾベンゼン / ミクロ相分離構造 / 液晶
研究開始時の研究の概要

本研究では、無機物質の潮解により生まれる水環境を水圏と見なす。これにより、常温常圧の無加湿環境においても基板上で安定に水圏を調製し、水圏ナノ周期構造やその向きの自在な光操作法を確立する。また、水圏ナノ周期構造における水分子の状態の理解や、その応用へと展開し、従来にない潮解の利用と水圏操作、さらには水圏ナノ周期構造の機能化を目指す。
本研究で提案する新しい水圏の創成とその操作技術を基にして、当該領域の様々な水圏機能材料とコラボレーションし、水圏機能材料の新展開を拓く。

研究実績の概要

今年度は、前年度に開発した吸湿基および光応答基をもつビニルポリマーの光配向を実施した。当該ポリマーのスピンコート膜において、この薄膜はラメラ状ミクロ相分離構造を形成した。この薄膜に直線偏光を照射したところ、ミクロ相分離構造が直線偏光に対して垂直方向に配向した。このラメラ状ミクロ相分離構造は吸湿性ブロックと非吸湿性ブロックの繰り返し構造から形成されており、光配向させた吸湿性ミクロ相分離構造は加湿によって相分離周期が44nmから53nmに膨潤した。これは、吸湿性ブロックへの選択的な吸水を示唆する結果である。吸湿性ミクロ相分離構造をフォトマスクを介して光配向させることで、ナノ周期構造の光パターニング、すなわち水圏ナノ周期構造の自在な配列制御が期待できる。
前年度において研究を進める中で、吸湿性を付与した直鎖状ポリシロキサンの異常力学物性を明らかとした。2021年度もこの直鎖状ポリシロキサンについて引き続き力学物性を評価した。直鎖状ポリシロキサンは室温では柔軟な材料として有名であり、当該ポリシロキサンも吸湿時には卵黄程度の貯蔵弾性率であった。しかし、乾燥時には汎用ビニルレジンに匹敵する貯蔵弾性率を示し、吸湿量によって1億倍以上も弾性率が変化した。また、吸湿させた状態で当該ポリシロキサンをガラス板で挟み込み乾燥させると、約1.5MPaの引張せん断接着強さを示した。この値はΦ6mmの接着面積で約6kgの重りを吊るしてもガラス板が接着することを意味しており、柔軟材料の代名詞である直鎖状ポリシロキサンの固定観念を覆す特性を見いだすに至った。さらに、当該ポリシロキサンを加湿させると自己集合してナノメートル周期のラメラ構造が形成される、加湿誘起自己集合現象も見いだし、ジメチルシロキサンユニットとの共重合によりその秩序が増すことまでを明らかとした。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Humidity-Induced Self-Assembled Nanostructure via Ion Aggregation in Ionic Linear Polysiloxanes2022

    • 著者名/発表者名
      Mitsuo Hara, Atsuki Kodama, Shohei Washiyama, Yoshihisa Fujii, Shusaku Nagano, Takahiro Seki
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: - 号: 11 ページ: 4313-4319

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.2c00404

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystallization-Induced Uniform Nanodots Formation of Titanium Dioxide Films2022

    • 著者名/発表者名
      Mitsuo Hara, Ryota Oguri, Shingo Sarkar, Shusaku Nagano, Takahiro Seki
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 95 号: 2 ページ: 216-220

    • DOI

      10.1246/bcsj.20210391

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 湿度誘起相転移法を利用した有機無機メソ組織材料の膜内構造変換2022

    • 著者名/発表者名
      原 光生, 関 隆広
    • 雑誌名

      セラミックス

      巻: 57 ページ: 62-65

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Simple Linear Ionic Polysiloxane Showing Unexpected Nanostructure and Mechanical Properties2021

    • 著者名/発表者名
      Mitsuo Hara, Yuta Iijima, Shusaku Nagano, Takahiro Seki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 17683-17683

    • DOI

      10.1038/s41598-021-97204-8

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 機能性ポリシロキサンの動向-イオン基導入による新展開2021

    • 著者名/発表者名
      原 光生
    • 雑誌名

      化学と工業

      巻: 74 ページ: 728-729

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Visualizing the helical stacking of octahedral metallomesogens with a chiral coreVisualizing the helical stacking of octahedral metallomesogens with a chiral core2020

    • 著者名/発表者名
      G. Watanabe*, H. Watanabe, K. Suzuki, H. Yuge, S. Yoshida, T. Mandai, S. Yoneda, H. Sato, M. Hara*, J. Yoshida*
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 56 号: 81 ページ: 12134-12137

    • DOI

      10.1039/d0cc05930g

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hexagonal ordering of racemic Ni(II) complexes in the interlayer space of a clay mineral2020

    • 著者名/発表者名
      J. Yoshida*, K. Tateyama, H. Yuge, M. Hara
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 56 号: 73 ページ: 10670-10673

    • DOI

      10.1039/d0cc04977h

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hierarchical Photocomposition of Heteronanostructures in a Surfactant-Polysiloxane Hybrid Film toward Next-Generation Nanolithography2020

    • 著者名/発表者名
      Mitsuo Hara, Naoyuki Wakitani, Atsuki Kodama, Shusaku Nagano, Takahiro Seki
    • 雑誌名

      ACS Applied Polymer Materials

      巻: 2 号: 6 ページ: 2284-2290

    • DOI

      10.1021/acsapm.0c00253

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 湿度誘起相転移法を用いた有機無機複合リオトロピック液晶相の操作2020

    • 著者名/発表者名
      原 光生, 関 隆広
    • 雑誌名

      液晶

      巻: 24 ページ: 106-111

    • NAID

      40022244102

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 直鎖状ポリシロキサンの湿度誘起自己集合2021

    • 著者名/発表者名
      原 光生, 鷲山祥平, 児玉篤樹, 飯島雄太, 関 隆広
    • 学会等名
      2021年繊維学会秋季研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 潮解をみる・はかる・つかう2021

    • 著者名/発表者名
      原 光生
    • 学会等名
      アカデミックフラッシュ第4報
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 湿度誘起相転移法によるナノ周期構造の新しいパターニング手法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      原 光生, 折戸大輝, 脇谷尚幸, 永野修作, 関 隆広
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 直鎖状シリコーンの湿度応答ナノ構造と力学物性2021

    • 著者名/発表者名
      原 光生, 鷲山祥平, 児玉篤樹, 飯島雄太, 永野修作, 関 隆広
    • 学会等名
      2021年繊維学会年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 特異な力学物性を示す直鎖状シリコーンの開発2021

    • 著者名/発表者名
      原 光生, 飯島雄太, 永野修作, 関 隆広
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会(2021)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 湿度応答性シリコーン材料の物性評価と湿度誘起相転移法への応用2020

    • 著者名/発表者名
      原 光生
    • 学会等名
      2020年繊維学会秋季研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 可逆に熱硬化するシリコーン材料の開発と接着材料への応用2020

    • 著者名/発表者名
      原 光生, 飯島雄太, 永野修作, 関 隆広
    • 学会等名
      第29回ポリマー材料フォーラム 高分子学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 湿度誘起相転移法による有機無機複合リオトロピック液晶の新展開2020

    • 著者名/発表者名
      原 光生
    • 学会等名
      2020年日本液晶学会オンライン研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of Humidity-Induced Liquid Crystalline Phase Transition Method2020

    • 著者名/発表者名
      Mitsuo Hara
    • 学会等名
      Japan-Taiwan Young Scientists Polymer Symposium
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 多点イオン架橋を導入した湿度応答性ポリシロキサンの力学特性2020

    • 著者名/発表者名
      原 光生, 飯島雄太, 永野修作, 関 隆広
    • 学会等名
      第69回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] ポリシロキサン、接着剤および湿度センサ2020

    • 発明者名
      関 隆広, 原 光生, 飯島雄太, 竹下智也
    • 権利者名
      関 隆広, 原 光生, 飯島雄太, 竹下智也
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2020
    • 取得年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] ポリシロキサン、接着剤および湿度センサ2020

    • 発明者名
      関 隆広, 原 光生, 飯島雄太, 竹下智也
    • 権利者名
      関 隆広, 原 光生, 飯島雄太, 竹下智也
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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